전기자동차의 원리(배터리, 온보드차저, 통합전력제어장치)

3.배터리

현대자동차 배터리 특집 글에서 발췌

 

 위사진은 배터리와모터를 전체적으로 연결해둔 전기차의 하부기관이다 현대자동차 기준 e-gmp를 통합모듈로 사실 배터리만해도 냉각 관리 전압조정 배치방식등등 공부해야하는게 무궁무진하게많고 전고체배터리부터 어떤방식을 택할것인가 까지 정말 다양한 이야기가 진행되어야한다.

 

 하지만 가장 간략하게 설명하자만 배터리는 결국 기존내연차의 연료통을 대체하는 역할이고 결국 배터리 용량에따라 주행거리가 결정된다는 대전제를 먼저 깔고 이야기를 시작해보자.

 

그럼 단순히생각한다면 용량을 겁나키우면 되는거아닌가? 라는 생각을 하겠지만 이게 쉽지않은게

배터리를 많이장착하면 그만큼 공간이커지고 무게가증가해서 결국 효율성이 떨어진다.

그렇다면? 쉽게이해해보면 동일 무게 대비 배터리의 저장용량을 키우고 최대한 효율적으로 저장하는게 정답이라는 사실은 간단하게 유추할수있다. 그럼 그를 위해서 고민해야하는 지점을 무엇일까?

현대자동차 배터리 글의 목표

 

실제로 현대자동차에서는 배터리개발을 이런 로드맵으로 연구한다고하는데 일단 리튬또한 희토류처럼 자원전쟁이 일어나기 충분소재이며 이를 대체하기위해 전고체 배터리라는 배터리를 지속적으로 개발하고있다.

 

실제로 초기에는 코발트없는 배터리가 미친소리처럼 들렸지만 리튬인산철배터리로 코발트사용량을줄여 상용화하는것을 연구를하고있고

 

전고체 베터리또한  흥미로운 연구주제로 지금도 활발이 개발되고있다

 

양산형 차종 기준으로 기아자동차 쏘울 부스터 EV가 대표적인데 초기모델의 경우  64kWh 용량의 리튬이온 배터리를 탑재후  최대 386km를 달릴 수 있고 배터리 수명또한 크게 개선된건 놀라울정도의 발전속도다.

통상적으로 지금 이론상 수명을 대략적으로  22년정도라곤 하지만 실제적으로 5~6년정도가 한계일꺼라 생각은 하고있으며 폐배터리를사용해 ess를 만들거나 재활용하는 기술또한 각광받고있어 이부분또한도 따로 기회가 되면 포스팅해보도록하겠다.

 

추가적로 알아두면좋은점은 현대자동차는 800V 테슬라는 4000V 시스템을 사용하고있으며

자동채내부의 12V시스템또한 승압하자는 이야기가 나오고있는데 이또한 나중에 자세히 다뤄보도록할겠다.

 

GM Ultium Cooling System

 

배터리 와 온도, 배터리관리시스템

배터리는 온도에  낮은 온도에서 충전량이 감소하며 충전 속도도 느려지고 온도가 높아지면 폭발위험성부터 까지 배터리  온도관리 시스템은 배터리를 최적의 온도로 유지시켜 겨울의 성능 저하를 예방하고 폭발사고를 방지하는등 나름대로 배터리와도 직간접적으로 매우 중요시 사용되어지는 기술로

통칭 BMS라고 칭한다 쿨링시스템에대해서는 시간이된다면 한번 다뤄보도록 하겠다.

 

4.온보드차저(On Board Charger, OBC)

쉽게이해하면 요즘 말하는 집밥같은 개념으로 충전편의성을 극대화 시켜주는장치다 220V교류를 우리나라에서 차용하고있는 이상 그걸 AC를 DC로 변환하는것은 필수적인 과정이고 교류를 직류로 바꾸는시점에서 인버터아니야? 라는 이문이 들수있지만 큰틀에서 보면 틀린말은아니다 하지만 차량에서 인버터는 보통 가감속 용을 칭하는봐 정확한 구분을위해 사용하는 것으로 보인다

 

5.통합전력제어장치(Electric Power Control Unit, EPCU)

통합전력제어장치(이하 EPCU)는 차량 내 전력을 제어하는 장치를 통합하여 효율성을 높여주는 역할을 하며 인버터, LDC, VCU로 구성되어 있습니다.

1. 인버터(Inverter)

쉽게이해하자 DC를 AC로 바꿔서 모터의 속도를 바꾸기위해 사용하는장치로 PMSM을 사용하는 시점에서 매우 필수적으로 사용하고 어렵게 제어해야하는 역할이다 이는 전력전자를 이해해야 다룰수있기에 나중에 추가적으로 다루도록 하겠다.

 

2. LDC(Low voltage DC-DC Converter)

모터를 제외하고 차량내부에 다른 부품들은 전부다 통일로 12V를 사용하고있다 그를위해 감압을해서 사용할필요가있고 내부에 추가적인 배터리를 다는대신에 LDC를 사용한 방식으로 사용하고있다.

 

3. VCU(Vehicle Control Unit)

VCU는 말그대로 차량 내 전력 제어기를 총괄하는 컨트롤 타워다 당연히 해야될일이 굉장히많고 이품하나가 나가면 발열부터 폭발사고까지 굉장히 사고위험이 높기떄문에 기본적으로 최중요 기술에 해당한다. 쓰이는 부분만 간단히 말해보자면 모터 제어, 회생제동 제어, 공조 부하 제어, 전장 부하 전원공급 제어 등 차량에 전체적인 전기를 다조절한다 생각하면 쉬울것 같다

 

자료출처

https://www.hyundai.co.kr/story/CONT0000000000107493

[HMG 전기차 배터리 개발 시리즈 3편] 더 멀리 달리는 전기차를 만들 수 있는 비결